DE102018203132A1

DE102018203132A1 - Bipolare Platte für Brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE102018203132A1
Application number: DE102018203132.0A
Authority: DE
Inventors: Helerson Kemmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-09-05
Also published as: WO2019166538A1

Abstract

Bipolare Platte (50) für einen Brennstoffzellenstapel (9), umfassend mindestens eine erste als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur (1) für ein erstes Betriebsmedium (1a) des Brennstoffzellenstapels (9), eine zweite als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur (2) für ein zweites Betriebsmedium (2a) des Brennstoffzellenstapels (9) sowie eine erste gasdichte Trennwand (4) zwischen der ersten Verteilerstruktur (1) und der zweiten Verteilerstruktur (2), wobei eine Mehrzahl von Verbindungselementen (6) vorgesehen sind, die die erste gasdichte Trennwand (4) durchqueren und mit beiden Verteilerstrukturen (1, 2) jeweils verflochten und/oder verlötet sind.Verfahren (100) zur Herstellung einer bipolaren Platte (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei metallische Fäden als Verbindungselemente (6, 7) mit unterschiedlichen, jeweils als metallische Gewebe ausgebildeten, Verteilerstrukturen (1, 2; 2, 3) für Betriebsmedien (1a, 2a, 3a) des Brennstoffzellenstapels (9) verflochten werden (110).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft bipolare Platten zur Verbindung von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel untereinander.
Stand der Technik
Eine Brennstoffzelle umfasst einen Anodenraum, in dem ein Brennstoff vorgelegt wird, einen Kathodenraum, in dem ein Oxidationsmittel vorgelegt wird, sowie einen Elektrolyten oder eine semipermeable Membran als Trennung zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum. Der Brennstoff wird an der Anode zu Ionen oxidiert, die durch den Elektrolyten, bzw. durch die Membran, in den Kathodenraum übertreten und dort mit dem Oxidationsmittel reagieren. Dabei werden Elektronen frei, die über einen externen Verbraucher von der Anode zur Kathode fließen können, um den Stromkreislauf zu schließen.
Eine einzelne Brennstoffzelle liefert nur Spannungen von typischerweise weniger als 1,5 V. Um höhere Spannungen zu erzielen, wird eine Vielzahl von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel in Reihe geschaltet. Die einzelnen Brennstoffzellen sind untereinander elektrisch durch bipolare Platten verbunden. Eine bipolare Platte enthält typischerweise auf der einen Seite eine Medienverteilerstruktur für Oxidationsmittel, die zum Kathodenraum einer ersten Brennstoffzelle gehört, und auf der anderen Seite eine Medienverteilerstruktur für Brennstoff, die zum Anodenraum einer zweiten Brennstoffzelle gehört. Es ist wichtig, den elektrischen Widerstand beim Übergang von einer Brennstoffzelle zur nächsten zu minimieren, da dieser Widerstand mit der Anzahl der Brennstoffzellen im Stapel vervielfacht wird. Bipolare Platten sind beispielsweise in der DE 10 2016 213 057 A1 offenbart.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde eine bipolare Platte für einen Brennstoffzellenstapel entwickelt. Diese bipolare Platte umfasst mindestens eine erste als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur für ein erstes Betriebsmedium des Brennstoffzellenstapels, eine zweite als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur für ein zweites Betriebsmedium des Brennstoffzellenstapels sowie eine erste gasdichte Trennwand zwischen der ersten Verteilerstruktur und der zweiten Verteilerstruktur.
Es ist eine Mehrzahl von Verbindungselementen vorgesehen, die die erste gasdichte Trennwand durchqueren und mit beiden Verteilerstrukturen jeweils verflochten und/oder verlötet sind.
Es wurde erkannt, dass die Ankopplung der Verbindungselemente an die beiden Verteilerstrukturen durch Verflechten und/oder Verlöten eine derart gute elektrische und thermische Leitfähigkeit bietet, dass diese Verbindungselemente, obwohl sie die gasdichte Trennwand nur auf einem geringen Teil ihrer Gesamtfläche durchqueren, die thermische und elektrische Leitfähigkeit für das Durchqueren der bipolaren Platte von einer Brennstoffzelle zur benachbarten Brennstoffzelle dominieren. Das bedeutet insbesondere, dass ein Kontaktwiderstand zwischen den Verteilerstrukturen und der gasdichten Trennwand keine Rolle mehr spielt. Der Brennstoffzellenstapel profitiert also von der kontrollierbaren und reproduzierbar durchgängigen Porosität einer aus einem Gewebe gebildeten Verteilerstruktur, ohne dass dies mit einer Erhöhung des Widerstands beim Übergang von einer Brennstoffzelle zur nächsten verbunden ist.
Dies bedeutet wiederum, dass es gar nicht mehr auf die elektrische oder thermische Leitfähigkeit der gasdichten Trennwand ankommt. Es besteht also völlige Freiheit, ein Material für die gasdichte Trennwand anhand der sonstigen Anforderungen an den Brennstoffzellenstapel auszuwählen. Beispielsweise kann für den mobilen Einsatz zur Gewichtsersparnis ein Kunststoff verwendet werden.
Weiterhin wird die Herstellung der bipolaren Platte deutlich vereinfacht. Die gasdichte Trennwand kann hergestellt und zugleich auch an die Verteilerstrukturen gekoppelt werden, indem ein Material im flüssigen Zustand in den Zwischenraum zwischen den Verteilerstrukturen eingebracht und anschließend verfestigt wird. Die Gasdichtigkeit ist dann unmittelbar hergestellt, ohne dass ein separates Dichtelement benötigt wird. Auch ist es nicht erforderlich, beim Zusammenfügen der Verteilerstrukturen mit der gasdichten Trennwand enge Fertigungstoleranzen zu beachten.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Verbindungselement sowohl Teil des Gewebes der ersten Verteilerstruktur als auch Teil des Gewebes der zweiten Verteilerstruktur. Das bedeutet, dass dieses Verbindungselement in beide Gewebe eingeflochten ist. Da innerhalb eines jeden Gewebes der Kontaktwiderstand zwischen den einzelnen Fäden des Gewebes vernachlässigbar ist, ist das Verbindungselement dann optimal an beide Verteilerstrukturen angekoppelt.
Die Gewebe beider Verteilerstrukturen verschmelzen also letztendlich zu einem einzigen, in die dritte Dimension erweiterten, „zweigeschossigen Gewebe“. Die Position und Dichte (Häufigkeit) der Verbindungselemente kann dann vorteilhaft so ausgewählt werden, dass die Verbindungselemente nicht nur eine optimale Leitfähigkeit bieten, sondern auch Stabilität und Festigkeit nach dem Fachwerk-Prinzip.
Vorteilhaft sind die erste Verteilerstruktur zur Verteilung eines Brennstoffs als Betriebsmedium des Brennstoffzellenstapels und die zweite Verteilerstruktur zur Verteilung eines Oxidationsmittels als Betriebsmedium des Brennstoffzellenstapels ausgebildet. Im fertig zusammengefügten Brennstoffzellenstapel befindet sich die erste Verteilerstruktur dann im Anodenraum einer Brennstoffzelle, und die zweite Verteilerstruktur befindet sich im Kathodenraum einer benachbarten Brennstoffzelle.
Die Verteilerstrukturen können mit jeweils an die entsprechenden Medien angepassten Beschichtungen versehen sein, um die Dauerhaltbarkeit der metallischen Fäden des Gewebes zu verbessern. Beispielsweise können die Kanäle der Verteilerstruktur für Wasserstoff als Brennstoff mit einer versprödungshemmenden Beschichtung versehen sein. Die Kanäle der Verteilerstruktur für Luft als Oxidationsmittel können beispielsweise mit einer gegen im Betrieb des Brennstoffzellenstapels entstehendes Produktwasser (DI-Wasser) beständigen Beschichtung versehen sein.
Die Beschichtung kann beispielsweise bereits auf die metallischen Fäden aufgebracht sein, bevor diese zu den jeweiligen Verteilerstrukturen verflochten werden. Dies ist fertigungstechnisch deutlich einfacher als die Verteilerstrukturen nachträglich von innen zu beschichten. Insbesondere ist dann sichergestellt, dass das jeweilige Beschichtungsmaterial die durchgängigen Poren in den Verteilerstrukturen nicht verlegt.
Im fertig zusammengefügten Brennstoffzellenstapel stehen die Verteilerstrukturen im Kontakt mit Gasdiffussionsschichten von Katalysatoren zu beiden Seiten des Elektrolyten, bzw. der semipermeablen Membran. Diese Kontaktstellen sollten korrosionsbeständig, aber auch elektrisch und thermisch leitend sein. Eine Beschichtung zu diesem Zweck kann ebenfalls bereits vor dem Verflechten der metallischen Fäden zu den Verteilerstrukturen auf die Fäden aufgebracht sein, aber auch beispielsweise erst nachträglich auf die fertigen Verteilerstrukturen aufgebracht werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind zusätzlich eine dritte als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur sowie eine zweite gasdichte Trennwand zwischen der zweiten Verteilerstruktur und der dritten Verteilerstruktur vorgesehen. Es ist dann weiterhin eine Mehrzahl weiterer Verbindungselemente vorgesehen, die die zweite gasdichte Trennwand durchqueren und mit der zweiten und der dritten Verteilerstruktur jeweils verflochten und/oder verlötet sind.
Die elektrische und thermische Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Verteilerstruktur funktioniert völlig analog zu der Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Verteilerstruktur. Auf diese Weise ergibt sich auf dem Weg von der ersten zur dritten Verteilerstruktur ein besonders niedriger Gesamtwiderstand im Vergleich zu einem Aufbau, in dem eine Vielzahl von Kontaktwiderständen jeweils zwischen einer Verteilerstruktur und einer angrenzenden gasdichten Trennwand zu überwinden ist.
Analog zur Verbindung zwischen der ersten und zweiten Verteilerstruktur ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung mindestens eines der weiteren Verbindungselemente sowohl Teil des Gewebes der zweiten Verteilerstruktur als auch Teil des Gewebes der dritten Verteilerstruktur. Das „zweigeschossige Gewebe“ ist also zu einem „dreigeschossigen Gewebe“ erweitert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Verteilerstruktur zur Verteilung eines Brennstoffs als Betriebsmedium des Brennstoffzellenstapels, die zweite Verteilerstruktur zur Verteilung eines Kühlmittels als Betriebsmedium des Brennstoffzellenstapels und die dritte Verteilerstruktur zur Verteilung eines Oxidationsmittels als Betriebsmedium des Brennstoffzellenstapels ausgebildet. Indem also „Zwischengeschosse“ für die Kühlung in den Brennstoffzellenstapel eingefügt sind, lässt sich die Kühlung räumlich auf den gesamten Brennstoffzellenstapel verteilen. Dies vermeidet große Temperaturunterschiede innerhalb des Brennstoffzellenstapels, die auf Grund thermischer Ausdehnungseffekte zu mechanischen Spannungen führen. Weiterhin kann insgesamt eine größere Wärmemenge aus dem Brennstoffzellenstapel abgeführt und dessen Leistungsdichte somit weiter gesteigert werden.
Vorteilhaft umfasst mindestens eine der Verteilerstrukturen Fäden aus Stahl und/oder Aluminium. Diese Metalle sind vergleichsweise kostengünstig und zugleich gut verflechtbar. Die Verbindungselemente müssen nicht zwingend aus dem gleichen Metall bestehen wie die Fäden, die lediglich innerhalb einer der Verteilerstrukturen verlaufen. Es müssen lediglich gemeinsam verwendete Metalle kompatibel in Bezug auf Kontaktkorrosion sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erste gasdichte Trennwand, und/oder die zweite gasdichte Trennwand, Aluminium, einen Kunststoff und/oder ein Harz.
Aluminium hat hier den Vorteil, dass es besonders leicht ist und auch einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt hat. Weiterhin kann Kontaktkorrosion ausgeschlossen werden, wenn die an die gasdichte Trennwand angrenzenden Verteilerstrukturen ebenfalls aus Aluminium bestehen.
Ein Kunststoff und ein Harz sind noch leichter als Aluminium und auch bei noch niedrigeren Temperaturen als Aluminium flüssig. Weiterhin wird unabhängig davon, aus welchen Metallen die angrenzenden Verteilerstrukturen bestehen, keine Kontaktkorrosion dieser Verteilerstrukturen bewirkt.
Die Verfestigung des Kunststoffes oder des Harzes muss nicht zwangsläufig durch Abkühlen unter einen Schmelzpunkt erfolgen. Beispielsweise kann der Kunststoff oder das Harz ein Gemisch aus zwei oder mehr Komponenten sein, die miteinander reagieren und so die Verfestigung bewirken. Es kann auch beispielsweise ein Kunststoff oder ein Harz verwendet werden, dessen Verfestigung durch Bestrahlung mit UV-Licht aktiviert wird. Der Kunststoff, bzw. das Harz, kann dann einen höheren Schmelzpunkt haben, so dass der Brennstoffzellenstapel bei höheren Temperaturen betrieben werden kann.
Die Erfindung bezieht sich nach dem zuvor Beschriebenen auch auf ein Verfahren zur Herstellung der bipolaren Platte. Bei diesem Verfahren werden metallische Fäden als Verbindungselemente mit unterschiedlichen, jeweils als metallische Gewebe ausgebildeten, Verteilerstrukturen für Betriebsmedien des Brennstoffzellenstapels verflochten.
Dabei können beispielsweise fertige Gewebematten als Verteilerstrukturen verwendet und die Verbindungselemente nachträglich mit diesen Gewebematten verflochten werden.
Besonders vorteilhaft werden zur Bildung einer jeden Verteilerstruktur metallische Fäden miteinander verflochten werden, wobei einige der Fäden als Verbindungselemente von einer Verteilerstruktur in eine andere Verteilerstruktur, oder durch alle Verteilerstrukturen, geführt werden. Dann ist zum einen der elektrische und thermische Widerstand beim Übergang von einer Verteilerstruktur zum Verbindungselement und umgekehrt minimal. Zum anderen tragen die Verbindungselemente dann maximal zur Stabilität und Festigkeit der bipolaren Platte bei.
Vorteilhaft wird das Material der gasdichten Trennwand, bzw. Trennwände, jeweils im flüssigen Aggregatzustand in Zwischenräume zwischen benachbarten Verteilerstrukturen eingeführt und dort verfestigt. Auf diese Weise passt es sich an die genauen Abmessungen der Verteilerstrukturen an, so dass beim Zusammenfügen der Trennwände mit den Verteilerstrukturen keine engen Toleranzen zu beachten sind.
Vorteilhaft wird ein solches Verhältnis zwischen der Porengröße in den Verteilerstrukturen und der Viskosität und/oder Oberflächenspannung des flüssigen Materials gewählt, dass das flüssige Material nicht in die Poren der Verteilerstrukturen eindringt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Poren der Verteilerstrukturen durch das flüssige Material nicht verlegt werden.
Vorteilhaft wird ein Material gewählt, das einen geringeren Schmelzpunkt hat als die metallischen Fäden. Dann werden die metallischen Fäden beim Kontakt zu dem flüssigen Material nicht thermisch angegriffen.
Es kann aber auch ein Material gewählt werden, das einen gleich großen oder höheren Schmelzpunkt hat als die metallischen Fäden. Die metallischen Fäden können dann durch eine Beschichtung zumindest für die Zeit bis zum Verfestigen des Materials vor dem Schmelzen geschützt werden. Es ist vorteilhaft, wenn das flüssige Material nicht zu schnell abkühlen muss. Das flüssige Material kann sich dann beim Abkühlen insbesondere in den Bereichen, in denen es von den Verbindungselementen durchquert wird, an die Verbindungselemente anpassen. Es entstehen dann entlang der Verbindungselemente keine Pfade, entlang derer die Gasdichtigkeit geschwächt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Verteilerstrukturen durch Wärmeleitung mit einer Wärmesenke verbunden, während sie im Kontakt mit dem flüssigen Material der gasdichten Trennwand, bzw. Trennwände, stehen. Durch diese Kühlung kann zum einen das Verfestigen des Materials beschleunigt werden. Zum anderen hinterlässt die Kühlung, im Gegensatz zu einer Beschichtung, keine dauerhaften Rückstände auf den Verteilerstrukturen. Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Figurenliste
Es zeigt:

1 Prinzipieller Aufbau eines Brennstoffzellenstapels 9;
2 Ausführungsbeispiel der bipolaren Platte 50;
3 Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100.

Nach 1 umfasst der Brennstoffzellenstapel 9 eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen, von denen hier nur zwei Brennstoffzellen 91 und 92 exemplarisch gezeichnet sind. In dem Brennstoffzellenstapel 9 sind alternierend bipolare Platten 50 und Membran-Elektroden-Einheiten 8 gestapelt. Eine jede Brennstoffzelle 91, 92 umfasst eine erste Verteilerstruktur 1 für ein erstes Betriebsmedium 1a, die von einer ersten bipolaren Platte 50 bereitgestellt wird, eine Membran-Elektroden-Einheit 8 sowie eine zweite Verteilerstruktur 2 für ein zweites Betriebsmedium 2a, die von der nächsten bipolaren Platte 50 bereitgestellt wird. Es kann nun beispielsweise das erste Betriebsmedium 1a ein Brennstoff und das zweite Betriebsmedium 2a ein Oxidationsmittel sein.
Jede Membran-Elektroden-Einheit 8 besteht aus Katalysatorschichten 81 und 83, die jeweils auch Gasdiffussionsschichten umfassen. Zwischen den Katalysatorschichten 81 und 83 befindet sich die Membran 82.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der bipolaren Platte 50 in der erweiterten Ausführung, in der sie von drei Betriebsmedien 1a, 2a und 3a durchströmbar ist. Es kann nun beispielsweise das erste Betriebsmedium 1a ein Brennstoff, das zweite Betriebsmedium 2a ein Kühlmittel und das dritte Betriebsmedium 3a ein Oxidationsmittel sein.
Zur Führung eines jeden Betriebsmediums 1a, 2a, 3a ist jeweils eine eigene Verteilerstruktur 1, 2, 3 vorgesehen. Die erste Verteilerstruktur 1 ist von der zweiten Verteilerstruktur 2 durch eine erste gasdichte Trennwand 4 getrennt. Die zweite Verteilerstruktur 2 ist von der dritten Verteilerstruktur 3 durch eine zweite gasdichte Trennwand 5 getrennt. Jede Verteilerstruktur 1, 2, 3 ist durch ein metallisches Gewebe aus einer Vielzahl von Fäden gebildet, von denen in 2 jeweils nur einige schematisch dargestellt sind.
Einige Fäden sind zunächst Teil der ersten Verteilerstruktur 1, durchqueren in ihrem weiteren Verlauf jedoch die erste gasdichte Trennwand 4 und treten in die zweite Verteilerstruktur 2 über, um auch dort im Gewebe mit den übrigen Fäden verflochten zu werden. Diese Fäden sind die Verbindungselemente 6 zwischen der ersten Verteilerstruktur 1 und der zweiten Verteilerstruktur 2. In 2 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein solches Verbindungselement 6 eingezeichnet.
Analog sind einige Fäden zunächst Teil der zweiten Verteilerstruktur 2, durchqueren in ihrem weiteren Verlauf jedoch die zweite gasdichte Trennwand 5 und treten in die dritte Verteilerstruktur 3 über, um auch dort im Gewebe mit den übrigen Fäden verflochten zu werden. Diese Fäden sind die Verbindungselemente 7 zwischen der zweiten Verteilerstruktur 2 und der dritten Verteilerstruktur 3. In 2 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein solches Verbindungselement 7 eingezeichnet.
Die gasdichten Trennwände 4 und 5 waren im Stand der Technik nicht vorhanden.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens 100. Gemäß Schritt 110 werden metallische Fäden als Verbindungselemente 6, 7 mit jeweils benachbarten Verteilerstrukturen 1 und 2, bzw. 2 und 3, verflochten. Dabei können diese Verbindungselemente 6, 7 insbesondere gemäß Block 112 zunächst in einer Verteilerstruktur 1, 2 im Gewebe verflochten und dann in eine andere Verteilerstruktur 2, 3 geführt werden. Auf diese Weise ist die in 2 dargestellte Konfiguration der Fäden entstanden.
Gemäß Schritt 120 wird das Material der gasdichten Trennwand 4, 5 im flüssigen Aggregatzustand in Zwischenräume zwischen benachbarten Verteilerstrukturen 1 und 2, bzw. 2 und 3, eingebracht. Gemäß Schritt 130 wird das Material anschließend verfestigt.
Innerhalb von Schritt 120 kann gemäß Block 121 ein solches Verhältnis zwischen der Porengröße in den Verteilerstrukturen 1, 2, 3 einerseits und der Viskosität und/oder Oberflächenspannung des flüssigen Materials andererseits gewählt werden, dass das flüssige Material nicht in die Poren der Verteilerstrukturen 1, 2, 3 eindringt.
Gemäß Block 122 kann ein Material gewählt werden, das einen geringeren Schmelzpunkt hat als die metallischen Fäden in den Verteilerstrukturen 1, 2, 3. Alternativ kann gemäß Block 123 ein Material gewählt werden, das einen gleich großen oder höheren Schmelzpunkt hat als die metallischen Fäden, wobei dann gemäß Block 124 die metallischen Fäden durch eine Beschichtung zumindest für die Zeit bis zum Verfestigen 130 des Materials vor dem Schmelzen geschützt werden.
Die Verteilerstrukturen 1, 2, 3 können gemäß Block 125 auch durch Wärmeleitung mit einer Wärmesenke verbunden werden, während sie im Kontakt mit dem flüssigen Material einer gasdichten Trennwand 4, 5 stehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016213057 A1 [0003]

Claims

Bipolare Platte (50) für einen Brennstoffzellenstapel (9), umfassend mindestens eine erste als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur (1) für ein erstes Betriebsmedium (1a) des Brennstoffzellenstapels (9), eine zweite als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur (2) für ein zweites Betriebsmedium (2a) des Brennstoffzellenstapels (9) sowie eine erste gasdichte Trennwand (4) zwischen der ersten Verteilerstruktur (1) und der zweiten Verteilerstruktur (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Verbindungselementen (6) vorgesehen sind, die die erste gasdichte Trennwand (4) durchqueren und mit beiden Verteilerstrukturen (1, 2) jeweils verflochten und/oder verlötet sind.
Bipolare Platte (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (6) sowohl Teil des Gewebes der ersten Verteilerstruktur (1) als auch Teil des Gewebes der zweiten Verteilerstruktur (2) ist.
Bipolare Platte (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verteilerstruktur (1) zur Verteilung eines Brennstoffs als Betriebsmedium (1a) des Brennstoffzellenstapels (9) und die zweite Verteilerstruktur (2) zur Verteilung eines Oxidationsmittels als Betriebsmedium (2a) des Brennstoffzellenstapels (9) ausgebildet sind.
Bipolare Platte (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine dritte als metallisches Gewebe ausgebildete Verteilerstruktur (3) sowie eine zweite gasdichte Trennwand (5) zwischen der zweiten Verteilerstruktur (2) und der dritten Verteilerstruktur (3) vorgesehen sind, wobei eine Mehrzahl weiterer Verbindungselemente (7) vorgesehen sind, die die zweite gasdichte Trennwand (5) durchqueren und mit der zweiten (2) und der dritten (3) Verteilerstruktur jeweils verflochten und/oder verlötet sind.
Bipolare Platte (50) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der weiteren Verbindungselemente (7) sowohl Teil des Gewebes der zweiten Verteilerstruktur (2) als auch Teil des Gewebes der dritten Verteilerstruktur (3) ist.
Bipolare Platte (50) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verteilerstruktur (1) zur Verteilung eines Brennstoffs als Betriebsmedium (1a) des Brennstoffzellenstapels (9), die zweite Verteilerstruktur (2) zur Verteilung eines Kühlmittels als Betriebsmedium (2a) des Brennstoffzellenstapels (9) und die dritte Verteilerstruktur (3) zur Verteilung eines Oxidationsmittels als Betriebsmedium (3a) des Brennstoffzellenstapels (9) ausgebildet sind.
Bipolare Platte (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Verteilerstrukturen (1, 2, 3) Fäden aus Stahl und/oder Aluminium umfasst.
Bipolare Platte (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gasdichte Trennwand (4), und/oder die zweite gasdichte Trennwand (5), Aluminium, einen Kunststoff und/oder ein Harz umfasst.
Verfahren (100) zur Herstellung einer bipolaren Platte (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass metallische Fäden als Verbindungselemente (6, 7) mit unterschiedlichen, jeweils als metallische Gewebe ausgebildeten, Verteilerstrukturen (1, 2; 2, 3) für Betriebsmedien (1a, 2a, 3a) des Brennstoffzellenstapels (9) verflochten werden (110).
Verfahren (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer jeden Verteilerstruktur (1, 2, 3) metallische Fäden miteinander verflochten werden (112), wobei einige der Fäden als Verbindungselemente von einer Verteilerstruktur (1, 2) in eine andere Verteilerstruktur (2, 3), oder durch alle Verteilerstrukturen (1, 2, 3), geführt werden (114).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der gasdichten Trennwand (4, 5), bzw. Trennwände, jeweils im flüssigen Aggregatzustand in Zwischenräume zwischen benachbarten Verteilerstrukturen (1, 2; 2, 3) eingeführt (120) und dort verfestigt (130) wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein solches Verhältnis zwischen der Porengröße in den Verteilerstrukturen und der Viskosität und/oder Oberflächenspannung des flüssigen Materials gewählt wird (121), dass das flüssige Material nicht in die Poren der Verteilerstrukturen (1, 2, 3) eindringt.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material gewählt wird (122), das einen geringeren Schmelzpunkt hat als die metallischen Fäden.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material gewählt wird (123), das einen gleich großen oder höheren Schmelzpunkt hat als die metallischen Fäden, wobei die metallischen Fäden durch eine Beschichtung zumindest für die Zeit bis zum Verfestigen (130) des Materials vor dem Schmelzen geschützt werden (124).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerstrukturen (1, 2, 3) durch Wärmeleitung mit einer Wärmesenke verbunden werden, während sie im Kontakt mit dem flüssigen Material der gasdichten Trennwand (4, 5), bzw. Trennwände, stehen.